近日，厦门大学材料学院彭栋梁、魏湫龙团队在双电层电容储能领域研究获进展。该团队发明的混合钠离子电容器软包电芯能量密度达40瓦时/千克，较当前商用超级电容器提升4倍，且具有70秒超快充电、30000圈稳定循环的优异性能，为规模化电网储能、AI计算中心等高功率需求场景提供突破性解决方案。相关成果发表于《自然·通讯》。
当前，商业化超级电容器较低的能量密度，难以满足规模化电网储能等对高功率输出有严格要求的应用场景需求。其能量密度不足主要受制于两个原因：一是超级电容器依靠电极表面的双电层机制储能，电荷容量有限;二是为避免电解液分解形成固体电解质界面膜造成的双电层吸附失效，其工作电压窗口较窄。
面对这一挑战，研究团队发现，在钠基醚类电解液中，多孔碳负极即便在远低于传统碳酸酯电解液分解电压的条件下工作，形成的电解质界面膜也能让溶剂化的钠离子一起进入微小的孔道内进行双电层吸附。并且在不断扩展的工作电压窗口下，电势驱动着溶剂化钠离子中的溶剂分子逐步脱落，平均溶剂化数从2.1降至0.6，从而使溶剂化钠离子更贴近碳材料表面，大幅提升了储电容量。相比市场上已有的锂离子电容器，团队组装的混合钠离子电容器不需要复杂的预处理步骤，工艺更简单、成本更低，适合需要快速充放电、长寿命的储能场景。